Direction des sciences du vivant

Suivre les protons au cours de la détoxication des radicaux superoxydes

Les chercheurs du laboratoire de biophysique du stress oxydant (DJBC, CEA Saclay) et du laboratoire de chimie et biochimie des centres redox biologiques (DRDC, CEA Grenoble) sont parvenus à identifier des espèces hydroxyde dans le site actif de la superoxyde reductase (SOR) donnant un éclairage nouveau sur les mécanismes d'élimination des radicaux superoxydes, toxique pour la cellule.

Depuis longtemps la superoxyde dismutase (SOD), était considérée comme la seule enzyme capable d'éliminer les ions superoxydes toxiques pour la cellule.  Récemment, une équipe CEA (Laboratoire de chimie et biochimie des centres redox biologiques) a découverte une nouvelle enzyme, la superoxyde réductase (SOR), aussi capable d'éliminer le superoxyde mais qui procède selon un mécanisme complètement différent.

 Le site actif de cette dernière est particulier et comprend un atome de fer en milieu aqueux coordonné avec quatre résidus histidine et un résidu cystéine. L'ion superoxyde O₂^-? se lie à cet atome de fer et réduit très efficacement l'ion superoxyde en H₂O₂. A proximité du site actif, la présence d'un acide aminé conservé de type lysine laissait supposer que ce dernier jouait un rôle électrostatique important dans la réactivité de l'enzyme en attirant l'anion superoxyde.

Structure 3D analysée par rayons X de la SuperOxide Reductase de Desulfoarculus  baarsii (d'après D. Bourgeois, V. Nivière et coll.). L'ion superoxide se lie à l'atome de fer au centre. La liaison de l'atome de chlore résulte des conditions expérimentales

Par ailleurs, les évènements de protonation sont connus pour jouer un rôle crucial dans l'élimination des ions superoxydes par la SOR. En effet, deux protons sont nécessaires à la formation de H₂O₂ à partir de O₂^-?. Les chercheurs ont pu montrer que le cycle catalytique de la SOR impliquait une base (B^-) sous sa forme protonée, soit BH. L'utilisation de la spectroscopie Raman de résonance leur a permis d'étudier l'influence du pH au niveau du site actif de la SOR. Ainsi, la base servant de ligand a été identifiée chez B. barrsii au niveau du site actif de la SOR et s'est révélée être l'ion hydroxyde HO^- dont la forme protonnée n'était autre que de l'eau, H₂O.

Ainsi, bien que le ligand HO^- ait été trouvé comme interagissant avec le résidu lysine conservé, ces études révèlent que les protons impliqués dans l'élimination du superoxyde sont directement fourni par l'eau du milieu au site actif et non par un acide aminé de la protéine. Ces résultats sont essentiels afin de mieux comprendre comment la cellule lutte contre le stress oxydant par une élimination efficace des espèces superoxydes toxiques

	Mécanisme proposé la Superoxide Reductase de D. baarsii